اجرای قابل اعتماد بر اساس CPN و بهینه سازی Skyline برای ترکیب سرویس وب

آخرین مطالب

امکانات وب

اجرای قابل اعتماد بر اساس CPN و بهینه سازی Skyline برای ترکیب سرویس وب

این یک مقاله با دسترسی آزاد است که تحت مجوز Creative Commons Attribution توزیع شده است که استفاده، توزیع و تکثیر نامحدود در هر رسانه را مجاز می کند، مشروط بر اینکه اثر اصلی به درستی ذکر شده باشد.

چکیده

با توسعه SOA، مشکل پیچیده را می توان با ترکیب خدمات فردی موجود و سفارش دادن آنها به بهترین نحو با نیازهای کاربر حل کرد. ترکیب خدمات وب به طور گسترده در محیط کسب و کار استفاده می شود. با ویژگی های استقلال ذاتی و ناهمگونی برای سرویس های وب جزء، پیش بینی رفتار سرویس ترکیبی کلی دشوار است. بنابراین، ویژگی های تراکنشی و ویژگی های کیفیت غیرعملکردی خدمات (QoS) برای انتخاب سرویس های وب برای شرکت در ترکیب بسیار مهم هستند. ویژگی های تراکنش، قابلیت اطمینان سرویس وب ترکیبی را تضمین می کنند و ویژگی های QoS می توانند بهترین خدمات وب کاندید را از مجموعه ای از سرویس های عملکردی معادل شناسایی کنند. در این مقاله ما یک مدل شبکه پتری رنگی (CPN) را تعریف می کنیم که شامل ویژگی های تراکنشی سرویس های وب در فرآیند ترکیب می شود. برای اطمینان از اجرای صحیح و مطمئن، فرآیندهای آشکارسازی CPN دنبال می شوند. اجرای سرویس وب ترکیب تراکنش (TCWS) توسط ویژگی های CPN رسمیت یافته است. برای شناسایی بهترین سرویس های ویژگی های QoS از مجموعه های خدمات نامزد تشکیل شده در TCSW-CPN، از محاسبات خط آسمان برای بازیابی سرویس وب غالب استفاده می کنیم. می توان بر این امر غلبه کرد که کاهش نمرات فردی به یک شباهت کلی منجر به از دست دادن اطلاعات قابل توجهی می شود. ما رویکرد خود را به صورت تجربی با استفاده از مجموعه داده های واقعی و مصنوعی ارزیابی می کنیم.

1. مقدمه

وب سرویس ها برنامه های کاربردی توزیع شده ای هستند که در شبکه های ناهمگن با هم کار می کنند و بر روی سیستم های راه دور میزبانی و اجرا می شوند. معماری سرویس گرا (SOA) به عنوان یک معماری کلیدی در حال تبدیل شدن به اهمیت است، زیرا امکان استفاده مجدد از اجزای خوب و مستقل را به جای ایجاد اجزای جدید از ابتدا می دهد. در SOA، ترکیب سرویس های وب بر نحوه ادغام سرویس های وب موجود در محیط های توزیع شده متنوع و ناهمگن، ارائه ویژگی های عملکردی، غیرعملکردی و رفتاری مختلف، برای ساخت سریع برنامه ها یا نرم افزارهای قابل اجرا برای برآوردن نیازهایی که توسط کاربران درخواست می شوند و قادر به انجام آن نیستند، تمرکز دارد. توسط هر وب سرویس واحدی انجام شود.

به منظور اجرای ترکیب خدمات وب ، خدمات وب مؤلفه با توجه به نیاز کاربر ، برخی از محدودیت ها و ترجیحات انتخاب می شوند. خدمات انتخاب شده معمولاً بهترین QoS را دارند. با این حال ، تعامل سیستم های نرم افزاری توزیع شده همیشه تحت تأثیر خرابی ، تغییرات پویا و در دسترس بودن منابع قرار می گیرد [1]. در صورت انتخاب خدمات مؤلفه فقط با توجه به QoS و ویژگی های عملکردی ، سرویس وب کامپوزیت اجرای و سازگاری قابل اعتماد را تضمین نمی کند. خواص معامله ای خدمات منتخب باید در نظر گرفته شود تا از اجرای قابل اعتماد خدمات وب کامپوزیت اطمینان حاصل شود. علاوه بر این ، بسیاری از سرویس های وب در سراسر اینترنت پخش می شوند ، و انتخاب خدمات وب مناسب با رضایت از هدف به طور مؤثر ، غیرقابل توصیف است. رویکردهای مختلف موجود از پارامترهای جمع کننده و عملکرد ابزار برای به دست آوردن نمره خدمات استفاده می کنند. یک جهت اختصاص وزن ، تعیین شده از طریق بازخورد کاربر ، به نمرات فردی است [2 ، 3]. وزنهای مناسب یا با فرض دانش پیشینی در مورد ترجیحات کاربر یا با استفاده از تکنیک های گران قیمت یادگیری ماشین انتخاب می شوند. هر دو گزینه دیگر با اشکالاتی جدی روبرو هستند و یک سری از موضوعات دیگر را برای حل مطرح می کنند. بیشتر اوقات ، این رویکردها منجر به از بین رفتن اطلاعات می شوند که به طور قابل توجهی بر دقت نتایج بازیابی شده تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، از عملکرد ابزار استفاده کنید و در نهایت خدمات وب را با ویژگی های متوسط برگردانید. بنابراین ، خدمات با تنها یک ویژگی بد از نتیجه خارج می شوند ، حتی اگر آنها گزینه های بالقوه خوبی باشند.

ما از Colored Petri Net به عنوان فرمالیسم برای نشان دادن سرویس وب کامپوزیت و انجام بهترین جستجوی اول استفاده خواهیم کرد ، جایی که خصوصیات معامله و QoS هر دو در فرآیند انتخاب یکپارچه شده اند. اما انتخاب در دو مرحله جداگانه انجام می شود ، انتخاب خدمات معامله ای در مرحله اول شروع می شود ، و انتخاب خدمات آگاه QoS با انتخاب خدمات آگاهانه معامله ای تعبیه شده است [4]. از آنجا که تعداد بسیار زیادی از خدمات وب QoS مختلف پس از انتخاب خدمات آگاهی از معاملات در سراسر اینترنت پخش می شود ، پیدا کردن خدمات وب مناسب که به سرعت هدف داده شده را برآورده می کنند ، غیرقابل توصیف است. علاوه بر این ، با استفاده از روشهای سنتی ، خدمات تنها با یک ویژگی QoS بد ممکن است از مجموعه نتیجه حذف شوند ، حتی اگر گزینه های بالقوه خوبی باشند ، و بنابراین منجر به از دست دادن اطلاعات می شوند که به طور قابل توجهی بر دقت نتایج بازیابی تأثیر می گذارد. اما محاسبه Skyline یک مقایسه غیر تبعیض آمیز از چندین ویژگی عددی در همان زمان است و هر سرویس را به طور یکسان رفتار می کند. ما از محاسبات Skyline برای کاهش تعداد خدمات نامزد و سرعت بخشیدن به روند انتخاب استفاده می کنیم.

ما می دانیم که مدل CPN اجازه می دهد تا نه تنها یک دیدگاه استاتیک از یک سیستم ، بلکه رفتار پویا آن را نیز توصیف کند ، و به اندازه کافی بیانگر است که می تواند معناشناسی ترکیبات پیچیده خدمات وب و تعامل مربوط به آنها را ضبط کند. ما ویژگی های خدمات وب معامله ای را در مدل CPN گنجانده ایم. برای اطمینان از اجرای قابل اعتماد و صحیح ، فرآیندهای آشکار CPN دنبال می شوند. اجرای سرویس وب ترکیب معاملاتی (TCWS) توسط خواص CPN رسمی می شود. برای شناسایی بهترین خدمات ویژگی های QoS از مجموعه خدمات نامزد تشکیل شده در TCSW-CPN ، از محاسبات Skyline برای بازیابی سرویس وب غالب استفاده می کنیم. این می تواند غلبه کند که کاهش نمرات فردی به شباهت کلی منجر به از دست دادن اطلاعات قابل توجه می شود. ما همچنین روابط تسلط مبتنی بر QoS را بین خدمات تعریف می کنیم. برای شناسایی بهترین خدمات از مدل CPN در ویژگی های QoS ، ما از محاسبه Skyline برای بازیابی سرویس وب غالب استفاده می کنیم.

2. کار مرتبط

در سالهای گذشته ، اگرچه مشکل انتخاب و ترکیب خدمات وب مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است ، طراحی یک سرویس وب کامپوزیت که نه تنها اجرای صحیح و قابل اعتماد را تضمین می کند بلکه QoS بهینه نیز یک چالش مهم است. در واقع ، این دو جنبه انتخاب همیشه به طور جداگانه اجرا می شوند.

معاملات خدمات وب اخیراً مورد توجه زیادی قرار گرفته است. مشخصات معاملات خدمات وب صنعتی پدیدار می شود. معامله WS-اتمی ، فعالیت WS-Business و WS-TXM برای تعریف پروتکل های هماهنگی معاملاتی به دستگاه خودپرداز متکی هستند. مانند ATM ، این پروتکل ها در بیشتر موارد به دلیل ساختار کنترل محدود خود قادر به مدل سازی فرایند تجاری نیستند. همچنین قابلیت اطمینان از طرف کفایت فرآیند یا برعکس را تضمین می کند. در واقع ، یک الگوی معامله ای که به تنهایی به عنوان ترکیبی از الگوهای معامله ای گرفته می شود می تواند به عنوان یک پروتکل معامله ای در نظر گرفته شود.

از یک طرف ، WSBPEL و WS-CDL از یک رویکرد گردش کار برای تعریف ترکیبات خدمات و رقص های خدمات پیروی می کنند. مانند سیستم های گردش کار ، این دو زبان از نظر ساختار کنترل نیاز به روند کسب و کار را برآورده می کنند. با این حال ، آنها قادر به اطمینان از قابلیت اطمینان به ویژه با توجه به نیازهای خاص طراحان نیستند.

معامله در جامعه پایگاه داده به موفقیت بزرگی رسیده است [4 ، 5]. یکی از مهمترین دلایل این است که عملیات در پایگاه داده دارای معانی معاملاتی واضح است. با این حال ، این در خدمات وب اینگونه نیست. برای حل این مشکل ، مکانیسم پسوند WSDL می تواند برای توصیف صریح معنایی معامله ای عملیات خدمات وب مورد سوء استفاده قرار گیرد [6 ، 7].

بسیاری از آثار وجود دارد که سه نوع از ویژگی های معامله ای را که در [8] ارائه شده است برای بیان معناشناسی مختلف تراکنش خدمات وب اتخاذ می کند. براساس این طبقه بندی ، Bhiri و همکاران.[9] ویژگی خاتمه یک سرویس کامپوزیت را تجزیه و تحلیل کنید. Rusinkiewicz و Sheth [10] مجموعه ای از قوانین معاملاتی را برای تأیید اتمی عدم موفقیت مورد نیاز توسط ATS [11] تعریف می کنند ، با توجه به اسکلت یک سرویس کامپوزیت و خصوصیات معامله ای خدمات مؤلفه آن. Zeng و همکاران.[12] رویکردی را برای استنباط ویژگی های معامله مورد نیاز هر کار بر اساس ATS پیشنهاد دهید و سپس از نتیجه برای هدایت انتخاب خدمات استفاده کنید.

برای این تحقیقات ترکیب خدمات وب بر اساس خصوصیات معامله ای ، اجرای قابل اعتماد را تضمین می کند. با این حال ، یک سرویس وب کامپوزیت بهینه QoS تضمین نشده است.

ضمانت QoS برای خدمات وب یکی از اصلی ترین نگرانی های چارچوب SLA است. پروژه هایی وجود دارد که در مورد انتخاب خدمات با قدرت QoS مطالعه می کنند. در [13] ، نویسندگان یک ترکیب سرویس وب Aware QoS را ارائه می دهند که با کیفیت پشتیبانی از میان افزار محور است. اما این روش مبتنی بر برنامه نویسی خطی عدد صحیح است و به بهترین وجه برای مشکلات اندازه کوچک مناسب است زیرا پیچیدگی آن با افزایش اندازه مشکل به صورت نمایی افزایش می یابد. برای [14] ، نویسندگان یک مدل محاسبه QoS گسترده را پیشنهاد می کنند که با استفاده از بازخورد کاربر ، از مدیریت باز و منصفانه داده های QoS پشتیبانی می کند. با این حال ، مشکل ترکیب مبتنی بر QoS توسط این کار مورد توجه قرار نمی گیرد. کار زنگ در آل.[15 ، 16] بر انتخاب خدمات پویا و با کیفیت متمرکز است. نویسندگان از برنامه ریزی جهانی برای یافتن بهترین مؤلفه های خدمات برای ترکیب استفاده می کنند. آنها از تکنیک های برنامه نویسی خطی [17] برای یافتن انتخاب بهینه خدمات مؤلفه استفاده می کنند. روشهای برنامه نویسی خطی در شرایطی که اندازه مشکل کوچک باشد بسیار مؤثر هستند اما به دلیل پیچیدگی زمان نمایی الگوریتم های جستجوی کاربردی از مقیاس پذیری ضعیف رنج می برند [18]. با وجود پیشرفت قابل توجه این الگوریتم ها در مقایسه با راه حل های دقیق ، هر دو الگوریتم با توجه به تعداد خدمات وب کاندیداها مقیاس نمی شوند و از این رو برای ترکیب خدمات در زمان واقعی مناسب نیستند. الگوریتم پیشنهادی مبتنی بر Skyline در این مقاله مکمل این راه حل ها است زیرا می تواند به عنوان یک مرحله پیش پردازش برای هرس خدمات نامزد غیر علاقه مند استفاده شود و از این رو زمان محاسبه الگوریتم انتخاب کاربردی را کاهش می دهد.

با نقل قول فوق ، رویکردها ترکیب بهینه QoS متداول را پیاده سازی می کنند ، اما ترکیب خدمات وب بهینه QoS ، اجرای قابل اعتماد از سرویس وب کامپوزیت حاصل را تضمین نمی کند. بنابراین ، مبتنی بر معامله و مبتنی بر QoS باید یکپارچه شوند.

3. یک مدل رنگی پتری از ترکیب سرویس وب

با توجه به استقلال ذاتی و ناهمگونی سرویس وب ، پیش بینی رفتار کلی یک سرویس کامپوزیت دشوار است. رفتار غیر منتظره یا عدم موفقیت یک سرویس مؤلفه نه تنها ممکن است منجر به عدم موفقیت آن شود بلکه ممکن است تأثیر منفی بر همه شرکت کنندگان در ترکیب به همراه آورد. فرآیند ترکیب خدمات وب باید خاصیت معامله را برآورده کند تا اجرای قابل اعتماد و مداوم را ارائه دهد.

3. 1شرح املاک معامله ای

A transactional web service is a web service of which the behavior manifests transactional properties. The main transactional properties of a web service we are considering are pivot, compensatable, and retriable [19]. When transactional property of a service is pivot ( p for short), the service's effects remain forever and cannot be semantically undone if it completes successfully, and it has no effect at all if it fails. When a service is compensatable ( c for short), it offers compensation policies to semantically undo its effects. When a service is said to be retriable ( r for short), it ensures successful completing after several finite activations. Moreover, the transactional property can be combined, and the set of all possible combinations is p , c , pr , cr>[4]

El Haddad et al. [4, 20] extended the previous described transactional properties and adapted them to CWS. A CWS is atomic ( a for short), if all its component web services complete successfully, they cannot be semantically undone, if one component service cannot complete successfully, previously successful component services have to be compensated. cs is compensatable ( c for short) if all its component services are compensatable. A CWS is retriable ( r for short), if all its component services are retriable. Transactional composite web service (TCWS) is CWS whose transactional property is in a , ar , c , cr>.

3. 2میزان تحمل

به منظور ارائه بیان معیارهای معاملاتی کاربر ، تحمل را تعریف می کنیم که اهمیت عدم اطمینان از تکمیل برنامه و بازیابی برای کاربر را نشان می دهد. CWS با دارایی تراکنش A یا AR خطر بیشتری برای تکمیل و بهبود موفقیت نسبت به CWS با خاصیت معامله C یا CR دارد [21]. دلیل این امر این است که پس از اجرای یک سرویس ، خواص A و AR به معنای آن است و نمی توان آن را به عقب برگرداند. بنابراین ، ما دو سطح تحمل را در یک سیستم معامله ای تعریف می کنیم.

تحمل 0 (t₀). این سیستم تضمین می کند که اگر اجرای موفقیت آمیز باشد ، می توان نتایج به دست آمده را توسط کاربر جبران کرد. در این سطح ، فرآیند انتخاب یک گردش کار قابل جمع شدن ایجاد می کند [4].

تحمل 1 (t₁). این سیستم اجرای موفقیت آمیز را تضمین نمی کند ، اما در صورت دستیابی به آن ، نتایج را نمی توان توسط کاربر جبران کرد. در این سطح فرآیند انتخاب یک گردش کار اتمی ایجاد می کند [4].

در هر دو مورد تحمل ، اگر اعدام موفقیت آمیز نباشد ، هیچ نتیجه ای به سیستم منعکس نمی شود. هیچ چیز در سیستم تغییر نمی کند.

3. 3تعریف TCWS-CPN

یک خالص پتری رنگی (CPN) یکی از نمایش های گرافیکی و ریاضی بسیار مفید است و برای توصیف حالت ها و اقدامات ترکیب خدمات وب دارای یک معناشناسی کاملاً تعریف شده است. ما یک مدل خالص پتری رنگی از ترکیب خدمات وب معامله ای (CPN-TWSC) می سازیم. این یک فرمالیسم برای به تصویر کشیدن انتخاب معامله ای از خدمات مؤلفه فراهم می کند. علاوه بر این ، شرایط عملکردی به عنوان ویژگی های ورودی و خروجی بیان می شود و خصوصیات معامله ای به عنوان سطح تحمل بیان می شود. سرویس وب کامپوزیت نیاز عملکردی کاربر را برآورده می کند و اجرای اطمینان و مداوم را تضمین می کند.

تعریف 1 (TCWS-CPN)-

ما یک CPN را به خدمات وب کامپوزیت معامله ای (TCWS-CPN) به عنوان یک Tuple (P ، T ، Pre ، Post ، C ، CD) تعریف می کنیم ، کجا

P مجموعه ای از مکان های غیر خالی محدود است ، با رنگ های موجود در مجموعه c. در مورد ما ، P از ویژگی های ورودی و خروجی خدمات وب در TCWS ، نیاز عملکردی و معامله ای و رنگ ها تشکیل شده است.

C مجموعه ای از رنگ است که از خصوصیات معامله ای خدمات وب و الگوی ترکیب ، C = C تشکیل شده است₁∪ c₂ = p , pr , a , ar , c , cr> ∪ ,

Pre, Post ∈ β ∣ P ∣×∣ T ∣ ماتریس بروز پس واژه و ماتریس بروز پیشروی CPN هستند. β را می توان به عنوان مجموعه ای از نگاشت های شکل f : cd (t ) → Bag ( cd ( p )) در نظر گرفت. Pre[ p , t ] : cd (t ) → Bag( cd ( p )) and Post[ p , t ] : cd (t ) → Bag( cd ( p )) نگاشت هر جفت هستند ( p , t ) ∈P × T. Bag(cd (p)) مجموعه همه چند مجموعه ها را بر روی cd (p) نشان می دهد. آنها وابستگی های اجرای ورودی و خروجی را در طول تشکیل وب سرویس ترکیبی نشان می دهند.

To denote the places connected to a transition, we use the following notation. F is a flow relation F ⊆( P × T )∪( T × P ) for the set of arcs. Given an element x ∈ P ∪ T , then · x : = y ∈ P ∪ T | ( y , x ) ∈ F> denotes the set of all input elements of x , and x · : = y ∈ P ∪ T | ( x , y ) ∈ F>مجموعه ای از تمام عناصر خروجی x را نشان می دهد. اگر x یک مکان است، آنگاه · x و x · به ترتیب مجموعه ای از انتقال های ورودی و خروجی را نشان می دهند.

مکان به عنوان برچسب گذاری شده استآر، O_آر، تی_آر>. در مدل خاص ما، یک TCWS-CPN فقط در ابتدا جای p را خواهد داشت₀، به گونه ای که ص₀= ϕ، که در ابتدا با یک نشانه رنگ مشخص می شود. از آنجا که برای نیاز معاملاتی کاربر مشخص است، با تنها رنگ دارایی معاملاتی مطابقت دارد. از آنجایی که نشانه رنگ هر مکان خاصیت تراکنشی سرویس وب ترکیبی است، مجموعه رنگی مکان ها نیز می باشد.

انتقال شامل دو فعالیت اساسی است، انتخاب خدمات جزء جدید با استفاده از دارایی معاملاتی و ترکیب خدمات جزء حاضر. رنگ انتقال بیانگر ویژگی تراکنشی خدمات جزء انتخابی جدید است.